新型振動加速度傳感器的製作方法

2023-09-18 09:49:55

專利名稱：新型振動加速度傳感器的製作方法
技術領域：
本發明屬於壓電學及敏感技術領域。特別是涉及振動加速度測量技術領域。
背景技術：
目前振動加速度傳感器如葉偉國，沈國偉的論文「壓電式加速度傳感器的結構改進與設計」(《傳感器技術》，2003，第9期)，大多採用石英和壓電陶瓷作為敏感元件，靈敏度普遍不高。另外，雖然國內外關於鈸式換能器的研究還是一個熱點，但對於其應用研究尚處於初級階段。目前還沒有見到基於鈸式換能器的新型振動加速度傳感器研究的報導。

發明內容
本發明的目的是提出一種基於鈸式換能器的新型振動加速度傳感器。該傳感器具有較高電壓靈敏度。
本發明的新型振動加速度傳感器包括底座為圓臺形，其上均勻分布三個支柱，每個支柱上有安裝螺孔，將圓蓋通過螺絲和安裝螺孔固定在三個支柱上。絕緣凸臺安裝在底座中心的凹槽裡。鈸式換能器，絕緣片、質量塊和緩衝片依次置於絕緣凸臺上方，相互之間以絕緣膠緊密粘結，通過調節圓蓋上的緊頂螺絲可間接調整對鈸式換能器所施加預壓力的大小。外殼通過底座上的三個支柱上的外螺紋固定到底座上，構成了新型振動加速度傳感器。
本發明的新型振動加速度傳感器的優點是1.採用鈸式換能器作為敏感元件，而鈸式換能器的等效壓電常數大約為普通壓電陶瓷的40倍左右，因此可很大程度上提高傳感器的測量靈敏度；2.本發明的新型振動加速度傳感器，由於採用了與鈸式換能器金屬電極相同結構的緩衝片，很大程度上提高了傳感器的測量靈敏度。


圖1本發明新型振動加速度傳感器的結構示意圖；圖2本發明新型振動加速度傳感器的緩衝片示意圖。
圖3本發明新型振動加速度傳感器底座的俯視圖；圖4本發明新型振動加速傳感器底座的剖面圖；具體實施方案下面結合附圖和實施例對本發明新型振動加速度傳感器做詳細描述。
本發明的新型振動加速度傳感器(見圖1)，它包括底座8、鈸式換能器3、質量塊4、緩衝片5、底座8上的絕緣凸臺2和圓蓋6、外殼7和緊頂螺絲9。所述的底座為圓臺形，底座8由底部方形安裝座、中部圓形臺及均勻分布在圓形臺上的三個弧形支柱構成，其上均勻分布三個支柱，每一支柱頂部均有一安裝螺孔，圓蓋6通過螺絲和安裝螺孔固定在三個支柱上。絕緣凸臺2安裝在底座8中心的凹槽裡。底座8側面有方便引出導線的航空插座接口。鈸式換能器3、絕緣片10、質量塊4和緩衝片5由下到上依次置於絕緣凸臺2上方，相互之間以絕緣膠緊密粘結。圓蓋6中心處有一緊頂螺絲9，通過調節緊頂螺絲9可間接地調整對鈸式換能器3所施加的預壓力的大小。外殼7通過底座8三個支柱外側的外螺紋固定在底座8上，構成新型振動加速度傳感器。
本發明的新型振動加速度傳感器外形為圓柱型。圖1為新型振動加速度傳感器的結構示意圖。
本發明的新型振動加速度傳感器的換能器選用鈸式換能器，選用PZT-5A作為鈸式換能器的壓電材料。緩衝片選用黃銅材料。
質量塊4的直徑為18mm，高為5mm，質量約為10g。絕緣凸臺2直徑為10mm，高為4mm。底座8直徑為38mm，高為24mm。緩衝片5直徑為18mm，厚度為0.3mm，帽端直徑為3mm，內腔直徑為10mm，深度為2mm。
本發明新型振動加速度傳感器的測量工作原理做簡要描述如下。
如前所述，新型振動加速度傳感器安裝到被測對象上，當被測對象以一定的加速度振動時，傳感器與被測對象一起振動，傳感器中的質量塊4也以相同的加速度振動，質量塊4產生的慣性力作用在鈸式換能器3上，鈸式換能器3由於壓電效應而在上、下電極上產生交變的電荷，該電荷量正比於被測對象的振動加速度，因此可以通過測量該電荷量來獲得被測對象的振動加速度。
本發明新型振動加速度傳感器結構配置不變的前提下，改變鈸式換能器的結構參數以及緩衝片的結構參數可以得到該新型振動傳感器不同的電壓靈敏度。
本實施例的新型振動加速度傳感器的優點是1)利用鈸式換能器較高的等效縱向壓電常數，可以提高該傳感器的電壓靈敏度。
2)採用與鈸式換能器的金屬電極相同形狀的緩衝片，可以很大程度上提高該振動加速度傳感器的電壓靈敏度。
3)使用絕緣凸臺解決了鈸式換能器電極引線的引出問題。
4)在不破壞鈸式換能器結構的情況下，底座的三個弧形支柱和圓蓋中心的緊頂螺絲又能將鈸式換能器、質量塊和緩衝片固定住。
下面給出兩個本發明的新型振動加速度傳感器的具體實施例。
實施例1新型振動加速度傳感器結構參數不變的條件下，以直徑Φ為12mm的鈸式換能器(其固有頻率f0為27.346kHz)作為該振動加速度傳感器的敏感元件，實驗測得該傳感器的電壓靈敏度分別為1360mv/g。
實施例2新型振動加速度傳感器結構參數不變的條件下，以直徑Φ為16mm(其固有頻率f0為22.637kHz)的鈸式換能器作為該振動加速度傳感器的敏感元件，實驗測得該傳感器的電壓靈敏度為3670mv/g。
權利要求
1.一種新型振動加速度傳感器的結構，它包括鈸式換能器(3)、質量塊(4)、緩衝片(5)、底座(8)、底座(8)上的絕緣凸臺(2)和圓蓋(6)、外殼(7)和緊頂螺絲(9)，其特徵是所述的底座為圓臺形，底座(8)由底部方形安裝座、中部圓形臺及均勻分布在圓形臺上的三個弧形支柱構成，其上均勻分布三個支柱，每一支柱頂部均有一安裝螺孔，圓蓋(6)通過螺絲和安裝螺孔固定在三個支柱上，絕緣凸臺(2)安裝在底座(8)中心的凹槽裡，底座(8)側面有方便引出導線的航空插座接口；鈸式換能器(3)、絕緣片(10)、質量塊(4)和緩衝片(5)由下到上依次置於絕緣凸臺(2)上方，相互之間以絕緣膠緊密粘結，圓蓋(6)中心處有一緊頂螺絲(9)，通過調節緊頂螺絲(9)可間接地調整對鈸式換能器(3)所施加的預壓力的大小，外殼(7)通過底座(8)三個支柱外側的外螺紋固定在底座(8)上，構成新型振動加速度傳感器。
2.根據權利要求1所述的新型振動加速度傳感器的結構，其特徵是底座(8)採用鋁合金(2A12)材料，鈸式換能器(3)為金屬——陶瓷複合換能器，質量塊(4)選用45號鋼，絕緣凸臺(2)材料選用聚四乙烯，圓蓋(6)和外殼(7)均選用鋁合金，緊頂螺絲(9)為標準件，緩衝片(5)選用Sn6.5-0.4。
3.根據權力要求1所述的新型振動加速度傳感器的結構，其特徵是所述的質量塊(4)的直徑為18mm，質量約為10g；絕緣凸臺(2)直徑為10mm，高為4mm；底座(8)直徑為38mm，高為24mm；緩衝片(5)直徑為18mm，厚度為0.3mm，帽端直徑為3mm，內腔直徑為10mm，深度為2mm。
全文摘要
本發明新型振動加速度傳感器屬於壓電學及敏感技術領域，它包括底座，底座中心的凹槽以安裝絕緣凸臺，將鈸式換能器、質量塊和緩衝片彼此粘貼置於絕緣凸臺上方，通過周圍的三個支柱和圓蓋中心的緊頂螺絲將它們固定住，由緊定螺絲施加預壓力。外殼通過底座上的三個支柱的外螺紋固定到底座上，構成了新型振動加速度傳感器。其優點是傳感器的電壓靈敏度高，充分發揮鈸式換能器的優良性能，適合於測量低頻的振動加速度信號。
文檔編號G01P15/08GK1858595SQ20061008146
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月22日 優先權日2006年5月22日
發明者李鄧化, 賈美娟, 居偉駿, 馬永成 申請人:北京信息工程學院